Kubernetes-Host网络模式应用

目录贴：Kubernetes学习系列

　　在实际生产环境中，有些容器内应用（比如编码器）需要用到物理层面的网络资源（比如组播流）。这就要求Kubernetes中的该Pod以HOST模式来启动。以下实验了Kubernetes-HOST网络模式，并给出了一些运维建议。

1、Pod的网络

　　每个Pod都会默认启动一个pod-infrastructure（或pause）的容器，作为共享网络的基准容器。其他业务容器在启动之后，会将自己的网络模式指定为“"NetworkMode": "container:pause_containerID”。这样就能做到Pod中的所有容器网络都是共享的，一个Pod中的所有容器中的网络是一致的，它们能够通过本地地址（localhost）访问其他用户容器的端口。在Kubernetes的网络模型中，每一个Pod都拥有一个扁平化共享网络命名空间的IP，称为PodIP。通过PodIP，Pod就能够跨网络与其他物理机和容器进行通信。

　　也可以设置Pod为Host网络模式，即直接使用宿主机的网络，不进行网络虚拟化隔离。这样一来，Pod中的所有容器就直接暴露在宿主机的网络环境中，这时候，Pod的PodIP就是其所在Node的IP。从原理上来说，当设定Pod的网络为Host时，是设定了Pod中pod-infrastructure（或pause）容器的网络为Host，Pod内部其他容器的网络指向该容器。如下所示（65070affecfc61为业务容器，f60a2ee415e3为pod-infrastructure容器）：

[root@k8s-node-3 ~]# docker inspect 65070affecfc6131b2385e5c40d4f21f73c343cc15e7983cdce8594e38ed020f | grep NetworkMode
            "NetworkMode": "container:f60a2ee415e301491f30ffc12855880273da6eded2526a5319eed72a92caef7f",
[root@k8s-node-3 ~]# docker inspect f60a2ee415e301491f30ffc12855880273da6eded2526a5319eed72a92caef7f  | grep NetworkMode
            "NetworkMode": "host",
[root@k8s-node-3 ~]#

2、启动示例

[root@k8s-master yaml]# cat test-host.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: test-host
spec:
  replicas: 4
  template:
    metadata:
      labels: 
        name: test-host
    spec:
      containers:
      - name: test-host
        image: registry:5000/back_demon:1.0
        command:
        - /jboss/jboss-eap-6.1/bin/standalone.sh 
        ports:
        - containerPort: 8080
      hostNetwork: true

3、运维经验

3.1 副本数量

　　对于同Deployment下的Host模式启动的Pod，每个node上只能启动一个。也就是说，Host模式的Pod启动副本数不可以多于“目标node”的数量，“目标node”指的是在启动Pod时选定的node，若未选定（没有指定nodeSelector），“目标node”的数量就是集群中全部的可用的node的数量。当副本数大于“目标node”的数量时，多出来的Pod会一直处于Pending状态，因为schedule已经找不到可以调度的node了。

　　以下示例中，集群只有4个node，当设置副本数量为5时，最后一个Pod状态会一直处于Pending状态。

[root@k8s-master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME                         READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE
test-host-1108333573-11wbl   1/1       Running   0          17s       10.0.251.153   k8s-node-1
test-host-1108333573-2k35s   1/1       Running   0          17s       10.0.251.146   k8s-node-3
test-host-1108333573-lnlpy   1/1       Running   0          17s       10.0.251.222   k8s-node-4
test-host-1108333573-t6izr   1/1       Running   0          17s       10.0.251.155   k8s-node-2
test-host-1108333573-tf4mc   0/1      Pending   0          17s       <none>         

3.2 PodIP

　　Pod的PodIP就是其所在Node的IP，具体如下：

[root@k8s-master yaml]# kubectl get pod -o wide
NAME                         READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE
test-host-1108333573-11wbl   1/1       Running   0          2h        10.0.251.153   k8s-node-1
test-host-1108333573-2k35s   1/1       Running   0          2h        10.0.251.146   k8s-node-3
test-host-1108333573-lnlpy   1/1       Running   0          2h        10.0.251.222   k8s-node-4
test-host-1108333573-t6izr   1/1       Running   0          2h        10.0.251.155   k8s-node-2

虽然PodIP是NodeIP，但也可以通过service的方式加到Kubernetes的虚拟化网络中被使用。具体如下：

[root@k8s-master yaml]# cat demon1/frontend-service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: frontend-service
  labels:
    name: frontend-service
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 8080
    nodePort: 30002
  selector:
    name: frontend-service
[root@k8s-master yaml]# kubectl create -f test-host-svc.yaml 
service "test-host" created
[root@k8s-master yaml]# kubectl describe svc test-host 
Name:            test-host
Namespace:        default
Labels:            name=test-host
Selector:        name=test-host
Type:            NodePort
IP:            10.254.127.198
Port:            <unset>    8080/TCP
NodePort:        <unset>    30003/TCP
Endpoints:        10.0.251.146:8080,10.0.251.153:8080,10.0.251.155:8080 + 1 more...
Session Affinity:    None
No events.

　　创建成功之后，集群内部的应用可通过虚拟网络中的clusterIP：10.254.127.198:8080来访问后端服务，集群外部的应用（如浏览器）可以通过nodeIP+NodePort来访问后端服务。

3.3 端口占用

3.3.1 其他Pod端口占用

　　若同集群中，用host模式启动的deployment（或RC）有多个，若这些 deployment中定义的containerPort有相同的值，那么，Kubernetes会校验出端口资源的冲突。示例如下：

[root@k8s-master yaml]# cat test-host.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: test-host
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels: 
        name: test-host
    spec:
      containers:
      - name: test-host
        image: registry:5000/back_demon:1.0
        command:
        - /jboss/jboss-eap-6.1/bin/standalone.sh 
        ports:
        - containerPort: 8080
      hostNetwork: true
[root@k8s-master yaml]# cat test-host1.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: test-host1
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels: 
        name: test-host1
    spec:
      containers:
      - name: test-host1
        image: registry:5000/back_demon:1.0
        command:
        - /jboss/jboss-eap-6.1/bin/standalone.sh 
        ports:
        - containerPort: 8080
      hostNetwork: true
[root@k8s-master yaml]#  kubectl get pod -o wide
NAME                         READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP             NODE
test-host-1108333573-9oo55   1/1       Running   0          19m       10.0.251.155   k8s-node-2
test-host-1108333573-uc2v2   1/1       Running   0          19m       10.0.251.146   k8s-node-3
test-host-1108333573-vxezq   1/1       Running   0          19m       10.0.251.153   k8s-node-1
test-host1-6476903-q8e6o     0/1       Pending   0          19m       <none>         
test-host1-6476903-zmk5l     1/1       Running   0          19m       10.0.251.222   k8s-node-4

　　实验集群下，可用的node数量只有4个，而两个deployment——test-host、test-host1对外暴露额端口是相同的——8080。两个deployment一共要启动的副本数量为5，这时，最后启动的那个Pod就会一直处于Pending状态。

3.3.2 宿主机端口占用

　　当Host模式的Deployment（或RC）声明一个端口时，比如8080，若宿主机上有非Kubernetes控制的程序占用了8080这个端口，这时Kubernetes是无法校验到的。也就是说，schedule仅仅会记录Kubernetes集群中的端口占用信息，并在调度时做相关的校验工作。但schedule不会校验宿主机上真正的端口占用信息。这其实是非常合理的，集群中的node通常成千上万，被当做一台台单纯的提供计算能力的资源，计算什么由中心节点来决定。没有必要，也没有场景需要在node上额外的跑其他程序。

在使用Host模式网络时，需注意的是，每个应用（部署成一个deployment）都要有自己固定的、和其他应用不同的端口，比如编码器永远固定成9525、源服务器永远固定成9537等。且宿主机在做了Kubernetes集群中的node之后，尽量不对非本集群应用提供服务。

3.4 镜像制作要求

　　必须用Host模式启动的Pod，在镜像制作时要求端口唯一、且单一。

　　一般Pod中只会存在一个业务主镜像，该业务镜像在制作时，应该只放一种应用，这个应用只对外开放一个接口。例如，编码器主控节点这个应用，主要有两方面的功能：1）接收组播流，并控制处理节点，占用端口9525；2）可视化操控界面，占用端口8080。其中接收组播流这块，需要使用Host模式的网络。拆分建议为两个业务镜像，部署时部署两个deployment。即接收组播流拆成一个镜像，固定端口9525，使用Host模式启动；可视化界面拆成一个镜像，用Kubernetes默认网络模式启动。